(57)【要約】  第１のスライド収納容器（１７−１）内に回転自在に収納されている偏心回転駆動機構（１６）は、外筒（１９）と、その偏心位置に嵌合された内筒（２０）、及びそれに収容された第１のエアーモータ（１５）を備え、エアーモータ（１５）の軸である自転軸部（３）の一端に穴あけ用工具（１）が固定され、他端は第１の減速手段（１４−１）を介して外筒（１９）の端面に連結されており、エアーモータ（１５）の回転により穴あけ用工具（１）を自転及び公転させ、同時に、ケーシング（７）外の第２のエアーモータ（２４）の回転を、第２のスライド収納容器（１７−２）内の回転伝達装置を介してボールネジ（１２ａ）に伝えて送り駆動機構（１３）を前進及び後退させることにより、被加工物（５）に穴あけ加工を施す。
2011093002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
穴あけ用工具（１）の軸線における自転軸部（３）の長手方向の中間部に設けられた第１のエアーモータ（１５）を回転させるエアーの通路（２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ）、及び該通路を形成している筒状体（２０）が嵌入されるとともに、第１の減速手段（１４−１）を介して前記第１のエアーモータ（１５）と連結され、前記工具（１）の軸線に対して平行の偏心軸線を有する偏心筒状体（１９）が一体に構成されている偏心回転駆動機構（１６）と、
該偏心回転駆動機構（１６）が回転自在に収納されている第１のスライド収納容器（１７−１）と、
第２のエアーモータ（２４）、該第２のエアーモータ（２４）による回転運動が伝達されうる伝達手段（２６、２７、２８）、第２の減速手段（１４−２）及びボールネジ（１２ａ）を備える送り駆動機構（１３）と、
前記伝達手段の一部と前記第２の減速手段（１４−２）と前記ボールネジ（１２ａ）の一部とを収容し、前記送り駆動機構（１３）により、穴あけ用工具（１）の軸線方向に前進及び後退する、第２のスライド収納容器（１７−２）と、
前記第１のスライド収納容器（１７−１）及び前記第２のスライド収納容器（１７−２）が、収納されているケーシング（７）と、からなり、
前記ケーシング（７）は、前記穴あけ用工具（１）と反対側の端部に前記ボールネジ（１２ａ）が嵌合する固定ナット部材（１２ｂ）と、前記第１のスライド収納容器（１７−１）及び前記第２のスライド収納容器（１７−２）をスライドさせるスライド手段（２２ａ）とを備え、
前記第１のスライド収納容器（１７−１）と前記第２のスライド収納容器（１７−２）は、連結部材（２５）で連結されており、
前記穴あけ用工具（１）を自転、及び前記偏心筒状体（１９）の前記偏心軸線周りに公転させて被加工物（５）に穴あけ加工を施すことができることを特徴とする穴あけ加工装置。
【請求項２】
前記伝動手段は、
前記第２のスライド収納容器（１７−２）内に設けられた従動側タイミングプーリ（２８）と、
前記第２のエアーモータ（２４）の出力軸に設けられた駆動側タイミングプーリ（２６）と、
該駆動側タイミングプーリ（２６）と前記従動側タイミングプーリ（２８）とを連結するタイミングベルト（２７）と、を備え、
前記第２の減速手段（１４−２）の入力軸は、前記従動側タイミングプーリ（２８）の軸の端部に連結され、前記ボールネジ（１２ａ）は、前記減速手段（１４−２）の出力軸に連結され、さらに前記ボールネジ（１２ａ）は固定ナット部材（１２ｂ）に螺合されており、
前記第２のエアーモータ（２４）を回転させることにより前記駆動側タイミングプーリ（２６）を回転させ、該回転を前記タイミングベルト（２７）で前記従動側タイミングプーリ（２８）に伝えることにより前記第２のスライド収納容器（１７−２）を駆動して、前記偏心回転駆動機構（１６）を収納している前記第１のスライド収納容器（１７−１）を前記軸線方向に前進及び後退させ、前記被加工物（５）に穴あけ加工を施すことを特徴とする、請求項１に記載の穴あけ加工装置。
【請求項３】
前記偏心回転駆動機構（１６）は、前記穴あけ用工具（１）をその軸線の自転軸部（３）の先端で保持する保持具（２）を備え、
前記穴あけ用工具（１）の軸線は、前記筒状体（２０）の軸心から偏心した位置に回転軸の軸心を有し、
前記第１の減速手段（１４−１）は、前記筒状体（２０）の前記保持具（２）と反対側の端部に連結され、
前記偏心筒状体（１９）は、内部に収容している前記筒状体（２０）と一体となって前記第１の減速手段（１４−１）の出力軸に連結されるとともに、前記自転軸部（３）を前記偏心筒状体（１９）の回転軸と偏心した位置で回転自在に収容し、前記穴あけ用工具（１）の軸線と平行な偏心軸線周りに回転自在であり、
前記送り駆動機構（１３）の前記第２のエアーモータ（２４）の駆動により、前記偏心回転駆動機構（１６）を前記自転軸部（３）の長手方向に移動せしめる際に、前記第１のエアーモータ（１５）により、前記自転軸部（３）を回転させて前記穴あけ用工具（１）を自転させるとともに、前記自転軸部（３）の端部の前記第１の減速手段（１４−１）の入力軸を回転させ、所定の減速比で前記第１の減速手段（１４−１）の出力軸に連結された前記偏心筒状体（１９）をその偏心軸線周りに回転させることにより、前記穴あけ用工具（１）をその軸線周りに自転させながら前記偏心軸線周りに公転させることを特徴とする、請求項１に記載の穴あけ加工装置。
【請求項４】
前記穴あけ用工具（１）の前記自転方向と前記公転方向が、互いに異なるダウンカットであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の穴あけ加工装置。
【請求項５】
前記連結部材（２５）は、前記自転軸部（３）の先端に設けた前記穴あけ用工具（１）の前記保持具と反対側の前記第２のスライド収納容器（１７−２）における端部で前記第１のスライド収納容器（１７−１）と連結しており、前記ボールネジ（１２ａ）及び前記固定ナット部材（１２ｂ）は前記偏心筒状体（１９）の前記偏心軸線と略同一線上に配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の穴あけ加工装置。
【請求項６】
前記穴あけ用工具（１）がエンドミルであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の穴あけ加工装置。
【請求項７】
被加工物（５）が、繊維強化樹脂層からなる積層体、又は、該繊維強化樹脂層の積層体と金属材料との複合材料であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の穴あけ加工装置。
【請求項８】
前記穴あけ加工装置の前記偏心回転駆動機構（１６）及び送り駆動機構（１３）における各駆動は、１つのエアー源によって駆動される各１台のエアーモータ（１５、２４）によりそれぞれ独立して行われることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の穴あけ加工装置。
【請求項９】
前記穴あけ加工装置の前記偏心回転駆動機構（１６）及び送り駆動機構（１３）における各駆動は、第２のスライド収納容器（１７−２）に設けられた１つの切り替えレバー（２１ｂ）とストッパー（２１ａ）により、前記送り駆動機構（１３）の前進／後退の切り替え、さらに、速度切り替えスイッチ（２９）により、前記偏心回転駆動機構（１６）の軸方向の所定位置を検出して、前記偏心回転駆動機構（１６）における穴あけ用工具（１）の自転及び公転各回転数の切り替え及び前記送り駆動機構（１３）の前記前進の速度の切り替えを行うことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の穴あけ加工装置。
【請求項１０】
穴あけ用工具（１）の軸線における自転軸部（３）の長手方向の中間部に設けられた第１の電動機（３１）を回転させる第１の電源供給手段（３４ａ、３３ｂ）、及び該第１の電源供給手段を収容している筒状体（２０）が嵌入されるとともに、第１の減速手段（１４−１）を介して前記第１の電動機（３１）と連結され、前記工具（１）の軸線に対して平行の偏心軸線を有する偏心筒状体（１９）が一体に構成されている偏心回転駆動機構（１６）と、
該偏心回転駆動機構（１６）が回転自在に収納されている第１のスライド収納容器（１７−１）と、
第２の電動機（３２）、該第２の電動機（３２）による回転運動が伝達されうる伝達手段（２６、２７、２８）、第２の減速手段（１４−２）、ボールネジ（１２ａ）及び固定ナット部材（１２ｂ）を備える送り駆動機構（１３）と、
前記伝達手段の一部と前記第２の減速手段（１４−２）と前記ボールネジ（１２ａ）の一部とを収容し、前記送り駆動機構（１３）により、穴あけ用工具（１）の軸線方向に前進及び後退する、第２のスライド収納容器（１７−２）と、
前記第１のスライド収納容器（１７−１）及び前記第２のスライド収納容器（１７−２）が、収納されているケーシング（７）と、からなり、
前記穴あけ用工具（１）を自転、及び前記偏心筒状体（１９）の前記偏心軸線周りに公転させて被加工物（５）に穴あけ加工を施すことができることを特徴とする穴あけ加工装置。
【請求項１１】
前記伝動手段は、
前記第２のスライド収納容器（１７−２）内に設けられた従動側タイミングプーリ（２８）と、
前記第２の電動機（３２）の出力軸に設けられた駆動側タイミングプーリ（２６）と、
該駆動側タイミングプーリ（２６）と前記従動側タイミングプーリ（２８）とを連結するタイミングベルト（２７）と、を備え、
前記第２の減速手段（１４−２）の入力軸は、前記従動側タイミングプーリ（２８）の軸の端部に連結され、前記ボールネジ（１２ａ）は、前記減速手段（１４−２）の出力軸に連結され、さらに前記ボールネジ（１２ａ）は固定ナット部材（１２ｂ）に螺合されており、
前記第２の電動機（３２）を回転させることにより前記駆動側タイミングプーリ（２６）を回転させ、該回転を前記タイミングベルト（２７）で前記従動側タイミングプーリ（２８）に伝えることにより前記第２のスライド収納容器（１７−２）を駆動して、前記偏心回転駆動機構（１６）を収納している前記第１のスライド収納容器（１７−１）を前記軸線方向に前進及び後退させ、前記被加工物（５）に穴あけ加工を施すことを特徴とする、請求項１０に記載の穴あけ加工装置。
【請求項１２】
前記偏心回転駆動機構（１６）は、前記穴あけ用工具（１）をその軸線の自転軸部（３）の先端で保持する保持具（２）を備え、
前記穴あけ用工具（１）の軸線は、前記筒状体（２０）の軸心から偏心した位置に回転軸の軸心を有し、
前記第１の減速手段（１４−１）は、前記筒状体（２０）の前記保持具（２）と反対側の端部に連結され、
前記偏心筒状体（１９）は、内部に収容している前記筒状体（２０）と一体となって前記第１の減速手段（１４−１）の出力軸に連結されるとともに、前記自転軸部（３）を前記偏心筒状体（１９）の回転軸と偏心した位置で回転自在に収容し、前記穴あけ用工具（１）の軸線と平行な偏心軸線周りに回転自在であり、
前記送り駆動機構（１３）の前記第２の電動機（３２）の駆動により、前記偏心回転駆動機構（１６）を前記自転軸部（３）の長手方向に移動せしめる際に、前記第１の電動機（３１）により、前記自転軸部（３）を回転させて前記穴あけ用工具（１）を自転させるとともに、前記自転軸部（３）の端部の前記第１の減速手段（１４−１）の入力軸を回転させ、所定の減速比で前記第１の減速手段（１４−１）の出力軸に連結された前記偏心筒状体（１９）をその偏心軸線周りに回転させることにより、前記穴あけ用工具（１）をその軸線周りに自転させながら前記偏心軸線周りに公転させることを特徴とする、請求項１０に記載の穴あけ加工装置。
【請求項１３】
前記穴あけ用工具（１）の前記自転方向と前記公転方向が、互いに異なるダウンカットであることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の穴あけ加工装置。
【請求項１４】
前記連結部材（２５）は、前記自転軸部（３）の先端に設けた前記穴あけ用工具（１）の保持具（２）と反対側の前記第２のスライド収納容器（１７−２）における端部で前記第１のスライド収納容器（１７−１）と連結しており、前記ボールネジ（１２ａ）及び前記固定ナット（１２ｂ）は前記偏心筒状体（１９）の軸線と略同一線上に配置されることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の穴あけ加工装置。
【請求項１５】
前記穴あけ用工具（１）が軸心に貫通穴を有するエンドミルで前記貫通穴に冷却用エアーまたはオイルミストを送って刃先を冷却すると同時に切りくずの排出を援助することを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の穴あけ加工装置。
【請求項１６】
前記被加工物（５）が、繊維強化樹脂層からなる積層体、又は、該繊維強化樹脂層の積層体と金属材料との複合材料であることを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の穴あけ加工装置。
【請求項１７】
前記穴あけ加工装置の前記偏心回転駆動機構（１６）及び前記送り駆動機構（１３）の各駆動は、第２のスライド収納容器（１７−２）に設けられた１つの切り替えレバー（２１ｂ）とストッパー（２１ａ）により、前記送り駆動機構（１３）の前進／後退の切り替え、さらに、速度切り替えスイッチ（２９）により、前記偏心回転駆動機構（１６）の軸方向の所定位置を検出して、前記偏心回転駆動機構（１６）内に固定されている前記穴あけ用工具（１）の自転及び公転各回転数の切り替え及び前記送り駆動機構（１３）の前記前進速度の切り替えを行うことを特徴とする、請求項１〜７及び１０〜１６のいずれか１項に記載の穴あけ加工装置。
【請求項１８】
前記穴あけ加工装置の前記偏心回転駆動機構（１６）及び前記送り駆動機構（１３）の各駆動は、第２のスライド収納容器（１７−２）に設けられた１つの前記切り替えレバー（２１ｂ）により、前記送り駆動機構（１３）の前進駆動後、前記固定ナット部材（１２ｂ）の端に組込まれた力検出センサ（３７）の電気信号の大きさの変化により前記偏心回転駆動機構（１６）内に固定されている前記穴あけ用工具（１）の自転及び公転各回転数の自動的切り替え及び前記送り駆動機構（１３）の前記前進速度の自動的切り替えを行い、さらに、前記力検出センサ（３７）の電気信号がゼロになった後、前記穴あけ用工具（１）の自転及び公転各回転数のさらなる切り替え及び前記送り駆動機構（１３）の高速後退駆動への自動的切り替えを行い、スタート位置に戻った後自動的に停止することを特徴とする、請求項１〜７及び１０〜１７のいずれか１項に記載の穴あけ加工装置。
【請求項１９】
前記第１及び第２の電動機（３１、３２）により駆動される穴あけ加工装置を５以上の自由度を有する関節型ロボットのハンドに固定することを特徴とする、請求項１〜７及び１０〜１８のいずれか１項に記載の穴あけ加工装置。
【請求項２０】
請求項１０の穴あけ加工装置における第１の電動機（３１）により駆動される偏心回転駆動機構（１６）、その第１のスライド収容容器（１７−１）、及び前記偏心回転駆動機構（１６）の駆動に係る請求項１０に記載の部材が少なくともＣＮＣ制御マシニングセンターあるいはボール盤の主軸に取り付けられており、前記マシニングセンターのＸ、Ｙ、Ｚ方向の送り機構と組合わされていることを特徴とするＣＮＣ制御マシニングセンター。
【請求項２１】
請求項１の穴あけ加工装置における第１のエアーモーター（１５）により駆動される偏心回転駆動機構（１６）、その第１のスライド収容容器（１７−１）、及び前記偏心回転駆動機構（１６）の駆動に係る請求項１に記載の部材が少なくともＣＮＣ制御マシニングセンターあるいはボール盤の主軸に取り付けられており、前記マシニングセンターのＸ、Ｙ、Ｚ方向の送り機構と組合わされていることを特徴とするＣＮＣ制御マシニングセンター。
【請求項２２】
前記穴あけ用工具（１）の加工部を伸縮可能な蛇腹状ベローズで覆い、該ベローズの吸引孔を経由して、切りくずを全て吸引回収できる請求項１〜７及び１０〜１８のいずれか１項に記載の穴あけ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンドミルなどの穴あけ工具で、繊維強化樹脂、その積層体などの被加工物に穴あけ加工を高精度で施すことができる穴あけ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時において、航空機における機体、自動車、その他車両における車体などの軽量化を図るべく、機体自体、車体自体又はそれらの構成要素を繊維強化樹脂（ＦＲＰ）にて形成することが実現されるに至っている。かかる繊維強化樹脂は、カーボン繊維を強化繊維として内在させた熱硬化性樹脂（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維を強化繊維として内在した熱硬化性樹脂（ＧＦＲＰ）、或いは、芳香族ポリアミド、芳香族ポリスルホン、芳香族ポリイミドなどの耐熱性合成樹脂繊維を強化繊維として内在させた熱硬化性樹脂など、種々の形態のものが提供されており、通常、複数の繊維強化樹脂層を積層させて、強化繊維が交互に直交又は斜交させて内在している繊維強化樹脂の積層体が構成されているものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２００８−１４６４６２号公報
【発明の概要】
【０００４】
繊維強化樹脂を航空機、自動車などの機体又は車体、或いはそれらの構成要素に使用する場合、構成要素同士の連結部においてボルト等を挿通させるための穴あけ加工が必要となるのであるが、ドリルなどの工具を軸部に装着して単に回転させる汎用の穴あけ加工装置で繊維強化樹脂（例えば、カーボン繊維、ガラス繊維などが強化繊維として内在されている熱硬化性樹脂、その積層体）を穴あけ加工した場合、その穴あけ加工における摩擦抵抗などによる発熱が著しく生じ、繊維強化樹脂などを穴あけ加工している穴の加工面における平滑性が著しく悪化したものとなってしまうと共に、ドリルなどの穴あけ用工具の寿命が極めて短くなってしまうという問題があった。
これは、汎用の穴あけ加工装置で繊維強化樹脂を穴あけ加工する際、内在する強化繊維（例えば、カーボン繊維、ガラス繊維など）が穴あけ用工具の回転方向（切削方向）に対して同じ方向に配列している箇所においては、ドリルなどの穴あけ用工具の切れ刃と強化繊維との摩擦に起因する摩擦抵抗が過大となって過度に発熱し蓄熱されて、その熱が繊維強化樹脂のマトリックス材料である合成樹脂（例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂）に影響を与えて加工面に凹凸形状が生じてしまうと考えられる。また、過度の発熱が穴あけ用工具の切れ刃に悪影響を与えるので、穴あけ用工具の寿命が短くなってしまうのである。
発明者は、このような事情に鑑み、穴あけ加工の精度を向上させると共に、穴あけ用工具（特に、切れ刃）の寿命を充分に長くするべく穴あけ加工装置及び穴あけ加工物の製造方法を提案した（特許文献１参照）。
しかしながら、特許文献１の技術においては、穴あけ加工装置の駆動装置として単一のエアーモータを使用し、刃物の回転及び送りをこの１つの駆動装置によって行う方式としているため、回転方向、回転速度、送り速度の調整の自由度が制約を受け、加工条件の設定が容易に行えない等の問題点があった。
本発明はこれらの問題点を解決し、また回転速度と送り速度の組み合わせをより自由に容易に設定することができ、複合材料や、難削材の加工に関してさらに操作性を改善したものとなし、また、ゼロカットによる仕上げ加工を効率よく行うことを可能にする穴あけ加工装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、穴あけ用工具の軸線における自転軸部の長手方向の中間部に設けられた第１のエアーモータを回転させるエアーの通路、及び該通路を形成している筒状体（内筒）が嵌入されるとともに、第１の減速手段を介して前記第１のエアーモータと連結され、前記工具の軸線に対して平行の偏心軸線を有する偏心筒状体（外筒）が一体に構成されている偏心回転駆動機構と、該偏心回転駆動機構が回転自在に収納されている第１のスライド収納容器と、第２のエアーモータ、該第２のエアーモータによる回転運動が伝達されうる伝達手段、第２の減速手段及びボールネジを備える送り駆動機構と、前記伝達手段の一部と前記第２の減速手段と前記ボールネジの一部とを収容し、前記送り駆動機構により、穴あけ用工具の軸線方向に前進及び後退する、第２のスライド収納容器と、前記第１のスライド収納容器及び前記第２のスライド収納容器が、収納されているケーシングとからなり、前記ケーシングは、前記穴あけ用工具と反対側の端部に前記ボールネジが嵌合する固定ナット部材と、前記第１のスライド収納容器及び前記第２のスライド収納容器をスライドさせるスライド手段とを備え、前記第１のスライド収納容器と前記第２のスライド収納容器は、連結部材で連結されており、前記穴あけ用工具を自転、及び前記偏心筒状体の前記偏心軸線周りに公転させて被加工物に穴あけ加工を施すことができる穴あけ加工装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、さらに、前記伝動手段が、前記第２のスライド収納容器内に設けられた従動側タイミングプーリと、前記第２のエアーモータの出力軸に設けられた駆動側タイミングプーリと、該駆動側タイミングプーリと前記従動側タイミングプーリとを連結するタイミングベルトとを備え、前記第２の減速手段の入力軸は、前記従動側タイミングプーリの軸の端部に連結され、前記ボールネジは、前記減速手段の出力軸に連結され、さらに前記ボールネジは固定ナット部材に螺合されており、前記第２のエアーモータを回転させることにより前記駆動側タイミングプーリを回転させ、該回転を前記タイミングベルトで前記従動側タイミングプーリに伝えることにより前記第２のスライド収納容器を駆動して、前記偏心回転駆動機構を収納している前記第１のスライド収納容器を前記軸線方向に前進及び後退させ、前記被加工物に穴あけ加工を施す穴あけ加工装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、さらに、前記偏心回転駆動機構は、前記穴あけ用工具をその軸線の自転軸部の先端で保持する保持具を備え、前記穴あけ用工具の軸線は、前記筒状体（内筒）の軸心から偏心した位置に回転軸の軸心を有し、前記第１の減速手段は、前記筒状体（内筒）の前記保持具と反対側の端部に連結され、前記偏心筒状体（外筒）は、内部に収容している前記筒状体（内筒）と一体となって前記第１の減速手段の出力軸に連結されるとともに、前記自転軸部を前記偏心筒状体（外筒）の回転軸と偏心した位置で回転自在に収容し、前記穴あけ用工具の軸線と平行な偏心軸線周りに回転自在であり、前記送り駆動機構の前記第２のエアーモータの駆動により、前記偏心回転駆動機構を前記自転軸部の長手方向に移動せしめる際に、前記第１のエアーモータにより、前記自転軸部を回転させて前記穴あけ用工具を自転させるとともに、前記自転軸部の端部の前記第１の減速手段の入力軸を回転させ、所定の減速比で前記第１の減速手段の出力軸に連結された前記偏心筒状体（外筒）をその偏心軸線周りに回転させることにより、前記穴あけ用工具をその軸線周りに自転させながら前記偏心軸線周りに公転させる穴あけ加工装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、さらに、前記穴あけ用工具の前記自転方向と前記公転方向が、互いに異なるダウンカットである穴あけ加工装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、さらに、前記連結部材が、前記自転軸部の先端に設けた前記穴あけ用工具の前記保持具と反対側の前記第２のスライド収納容器における端部で前記第１のスライド収納容器と連結しており、前記ボールネジ及び前記固定ナット部材は前記偏心筒状体の前記偏心軸線と略同一線上に配置される穴あけ加工装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、さらに、前記穴あけ用工具がエンドミルである穴あけ加工装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、さらに、被加工物が、繊維強化樹脂層からなる積層体、又は、該繊維強化樹脂層の積層体と金属材料との複合材料である穴あけ加工装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、さらに、前記穴あけ加工装置の前記偏心回転駆動機構及び送り駆動機構における各駆動は、１つのエアー源によって駆動される各１台のエアーモータによりそれぞれ独立して行われる穴あけ加工装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、さらに、前記穴あけ加工装置の前記偏心回転駆動機構及び送り駆動機構における各駆動は、第２のスライド収納容器に設けられた１つの切り替えレバーとストッパーにより、前記送り駆動機構の前進／後退の切り替え、さらに、速度切り替えスイッチにより、前記偏心回転駆動機構の軸方向の所定位置を検出して、前記偏心回転駆動機構における穴あけ用工具の自転及び公転各回転数の切り替え及び前記送り駆動機構の前記前進の速度の切り替えを行う穴あけ加工装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、前記穴あけ加工装置の前記偏心回転駆動機構及び前記送り駆動機構の各駆動は、各１台の電動機によりそれぞれ独立して行われる穴あけ加工装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、さらに、前記穴あけ加工装置の前記偏心回転駆動機構及び前記送り駆動機構の各駆動は、第２のスライド収納容器に設けられた１つの切り替えレバーとストッパーにより、前記送り駆動機構の前進／後退の切り替え、さらに、速度切り替えスイッチにより、前記偏心回転駆動機構の軸方向の所定位置を検出して、前記偏心回転駆動機構内に固定されている前記穴あけ用工具の自転及び公転各回転数の切り替え及び前記送り駆動機構の前記前進速度の切り替えを行う穴あけ加工装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、さらに、前記穴あけ加工装置の前記偏心回転駆動機構及び前記送り駆動機構の各駆動は、第２のスライド収納容器に設けられた１つの前記切り替えレバーと前記ストッパーにより、前記送り駆動機構の前進駆動後、前記固定ナット部材の端に組込まれた力検出センサの電気信号の大きさの変化により前記偏心回転駆動機構内に固定されている前記穴あけ用工具の自転及び公転各回転数の自動的切り替え及び前記送り駆動機構の前記前進速度の自動的切り替えを行い、さらに、前記力検出センサの電気信号がゼロになった後、前記穴あけ用工具の自転及び公転各回転数のさらなる切り替え及び前記送り駆動機構の高速後退駆動への自動的切り替えを行い、スタート位置に戻った後自動的に停止する穴あけ加工装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、さらに、２つの電動機により駆動される穴あけ加工装置を５以上の自由度を有する関節型ロボットのハンドに固定する穴あけ加工装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、前記穴あけ加工装置における第１の電動機により駆動される偏心回転駆動機構、その第１のスライド収容容器、及び前記偏心回転駆動機構の駆動に係る前記部材が少なくともＣＮＣ制御マシニングセンターあるいはボール盤の主軸に取り付けられており、前記マシニングセンターのＸ、Ｙ、Ｚ方向の送り機構と組合わされていることを特徴とするＣＮＣ制御マシニングセンターが提供される。
本発明の他の態様によれば、前記穴あけ加工装置における第１のエアーモーターにより駆動される偏心回転駆動機構、その第１のスライド収容容器、及び前記偏心回転駆動機構の駆動に係る前記部材が少なくともＣＮＣ制御マシニングセンターあるいはボール盤の主軸に取り付けられており、前記マシニングセンターのＸ、Ｙ、Ｚ方向の送り機構と組合わされていることを特徴とするＣＮＣ制御マシニングセンターが提供される。
本発明の他の態様によれば、さらに、加工部を伸縮可能な蛇腹状ベローズで覆い、該ベローズの吸引孔を経由して、切りくずを全て吸引回収できる穴あけ加工装置が提供される。
本発明の穴あけ加工装置によれば、偏心回転駆動機構における第１のエアーモータによる穴あけ用工具の回転駆動操作と、送り駆動機構における第２のエアーモータによる送り装置の前進及び後退操作をそれぞれ独立して行うことができると共に、穴あけ用工具の回転速度と送り速度の組み合わせをより自由に容易に設定することもでき、複合材料や難削材の加工における操作性などに関して有利となる。
また、前進、後退時の穴あけ用工具の回転方向を同一方向に保つことができ、ゼロカットによる仕上げ加工を効率よく行うことが可能になる。
そして、本発明の穴あけ加工装置によれば、断続切削により、切削箇所の温度上昇を抑制できるため、ＣＦＲＰなどの繊維強化樹脂の積層体の穴内面に「クレータ」が実質的に存在しない良好な仕上げ面を有する穴あけ加工が可能となると共に、加工面の過度の発熱を抑制することにより、穴あけ用工具の寿命延長を図ることができ、近年、特に航空機の機体組立工場で問題となっている、ＣＦＲＰ積層体とＴｉ合金の重ね板の経済的・高精度穴あけ加工のニーズを満たす加工装置を提供できる。
また、偏心回転駆動機構及び送り駆動機構の各駆動を、各１台の電動機によりそれぞれ独立して行わせる構成とすることで、駆動機構を簡易化し、穴あけ加工装置の更なる軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
図１は、本発明に係る穴あけ加工装置の第１の実施形態を示す全体側断面図である。
図２は、図１の装置先端部におけるテーパロックを治具取付板に取付けた状態の拡大断面図である。
図３は、エアーモータ部分のエアーの導入孔箇所で破断して示す図１のＡ−Ａ断面図である。
図４は、ケーシングと第１のスライド収納容器の間のスライドガイドの取付状態を示す、図１のＢ−Ｂ断面図である。
図５は、偏心量の調整方法考示す図であり、（ａ）は外筒、内筒及び軸部の平断面の略図、（ｂ）は外筒に対する内筒の位相角がθの時の偏心量を示す図である。
図６は、本発明に係る穴あけ加工装置の第２の実施形態を示す全体側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、本発明の第１の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の穴あけ加工装置における偏心回転駆動機構１６は、エンドミルなどの穴あけ用加工具１が自転軸部３の軸線（図５のＣｌ）周りを自転し、同時に偏心筒状体の軸線（図５のＣ２）の周りを公転するように、自転軸部３に設けられた第１のエアーモータ１５（例えばタービン等）からなるエアー駆動手段を内蔵する筒状体（以下「内筒」）２０と、前記穴あけ用工具を保持する保持具２から延びる自転軸部３に連結された第１の減速手段１４−１〔例えば、ハーモニックドライブ（登録商標）〕と、この減速手段の出力側に連結されるとともに、第１のエアーモータ１５が設けられた自転軸部を偏心した位置で回転自在に内蔵している筒状体（内筒）が収容されている、第１の軸線Ｃｌと平行な第２の軸線Ｃ２の周りを回転する偏心筒状体（以下「外筒」）１９とを主要な構成として具備しており、前記の内筒が外筒１９に減速手段を介して連結され、しかも嵌合され一体化している。
第１のエアーモータ１５に供給されるエアーの導入ラインは、図１及び図３（図１のＡ−Ａ断面図）においてその断面が示されているケーシング７に設けられた導入開口部７ｂより第１のスライド収納容器１７−１に入って、導入ノズル１７ｂ、溝１７ａ、溝１９ａ、導入ノズル１９ｂ、溝２０ｂ、導入ノズル２０ｃ、を順に通って第１のエアーモータ１５に達するラインである。第１のエアーモータ１５を回転させた後、エアーは排出ライン、すなわち図１に示す排出ノズル２０ｅ、溝２０ｄ、排出ノズル１９ｄ、溝１９ｃ、溝１７ｃ、排出ノズル１７ｄを順に通って、図１に示すケーシング７に設けられた排出開口部７ｃより排出される。以下に、エアーモータ１５に供給される上記エアーの導入ライン及び排出ラインの構成について説明する。
図１に示すように、内筒２０の外周面には、おねじ２０ａのある方から順に、環状の溝２０ｂ、２０ｄが設けられている。溝２０ｂの一箇所からは、径方向内方に向かって導入ノズル２０ｃが形成されている。導入ノズル２０ｃは、内筒２０の内周面まで貫通しており、第１のエアーモータ１５に導入されるエアーの導入ラインを構成している。溝２０ｄの導入ノズル２０ｃに対向する位置からは、径方向内方に向かって排出ノズル２０ｅが形成されている。排出ノズル２０ｅは、内筒２０の内周面まで貫通しており、第１のエアーモータ１５に導入されるエアーの排出ラインを構成している。導入ノズル２０ｃは、図３に示すように、径方向に所定の角度をもって穿設されており、第１のエアーモータ１５を回転しやすくしている。図３には不図示の排出ノズル２０ｅも、導入ノズル２０ｃと同様に、径方向に所定の角度をもって穿設され、空気を排出しやすくすることもできる。
図１に示すように、外筒１９の外周面には、穴あけ用工具１のある方から順に、環状の溝１９ａ、１９ｃが設けられている。溝１９ａの一箇所からは、径方向内方に向かって導入ノズル１９ｂが形成されている。導入ノズル１９ｂは、外筒１９の内周面まで貫通しており、内筒２０の導入ノズル２０ｃに連通される。溝１９ｃの導入ノズル１９ｂに対向する位置からは、径方向内方に向かって排出ノズル１９ｄが形成されている。排出ノズル１９ｄは、外筒１９の内周面まで真通しており、内筒２０の排出ノズル２０ｅに連通される。
図１に示すように、第１のスライド収納容器１７−１の内周面には、エンドミルなどの穴あけ用工具１のある方から順に、環状の溝１７ａ、１７ｃが設けられている。溝１７ａの一箇所からは、径方向外方に向かって導入ノズル１７ｂが形成されている。導入ノズル１７ｂは、第１のスライド収納容器１７−１の外周面まで貫通しており、ケーシング７の導入開口部７ｂに連通される。溝１７ｃの導入ノズル１７ｂに対向する位置からは、径方向外方に向かって排出ノズル１７ｄが形成されている。排出ノズル１７ｄは、第１のスライド収納容器１７−１の外周面まで貫通しており、ケーシング７の排出開口部７ｃに連通される。
本実施形態では、図１及び図３に示すように、偏心筒状体（外筒１９）の内部に、エアー駆動手段である第１のエアーモータ１５を回転自在に内臓している内筒２０が一体に嵌合されており、前記外筒１９を回転自在に収容し、ガイドレール２２ｂが設けられていて軸方向にスライド可能な第１のスライド収納容器１７−１と、その第１のスライド収納容器１７−１の外面に設けられたガイドレール２２ｂによって、移動可能に連結しうるスライダ２２ａ（内部にコロが多数内蔵されている。）が設けられているケーシング７を具備している。一般に、前記の内部にコロ（ベアリング）が多数内蔵されているスライダ２２ａとガイドレール２２ｂとが嵌合されたものをスライドガイド２２という。
第１のスライド収納容器１７−１は、図３及び図４に示すように、ケーシング７の内面に設けられ、軸方向に固定された４個のスライダ２２ａ上を、第１のスライド収納容器１７−１に固定された２本のガイドレール２２ｂによってスライドする。
本発明において、図１に示すケーシング７のフランジ部７ａには、図２にも拡大して示すように、先端に向かって急激に収束し、その先端に後述するテーパロック部材４ａが螺合されている円錐ケーシング６がボルト（図示せず）で固定されて取り付けられ、本発明の穴あけ加工装置を取り付けるための治具取付板４を有する被加工物５の加工作業台上に位置決めして設置することができることが好ましい。
図１及び図４に示すように、自転軸部３の先端における第１の減速手段１４−１の入力側には、自転軸部３の嵌合部３ｃが嵌合されており、自転軸部３の回転が前記入力側に伝えられる。自転軸部３の先端における第１の減速手段１４−１の出力側には、外筒１９が連結されている。この結果、第１のエアーモータ１５を内臓する内筒２０と、該内筒２０が嵌合されている外筒１９とは、自転軸部３の先端における第１の減速手段１４−１と共に第１のスライド収容容器１７−１に一体に収容され、後に詳しく説明するように、自転軸部３は自らの中心軸の周りを、内筒２０は外筒１９と一体となって外筒１９の中心軸の周りを、穴あけ用工具１と異なる回転方向に回転する。
自転軸部３の穴あけ用工具１と反対側の端部における第１の減速手段１４−１は、減速比が好ましくは１／１４０〜１／７０程度、特に好ましくは１／１２０〜１／８０である減速手段〔例えば、ハーモニックドライブ（登録商標）〕を用いることが好ましい。なお、本発明では、これに限定されるものではなく、減速手段として、ハーモニックドライブ（登録商標）と差動歯車機構を併用したものなどを適用できる。この場合には、それぞれ、併用した減速手段の減速比が、好ましくは１／１４０〜１／７０程度、特に好ましくは１／１２０〜１／８０であることが好ましい。
例えば、上記第１の減速手段１４−１は、減速比が１／１００の場合には、穴あけ用工具１（例えば、エンドミルなど）の自転回転速度が２０００〜３０００ｒｐｍであれば、穴あけ用工具１の公転回転速度が２０〜３０ｒｐｍとなり、本発明の穴あけ加工装置に好適に使用できる。
上述のように、本実施形態では、自転軸部３の上記端部における第１の減速手段１４−１の入力軸と出力軸の回転方向を逆方向として、穴あけ用工具１の自転方向と公転方向が互いに異なるダウンカットにすることができる。
本発明における穴あけ用工具１としては、例えば、各種工具材質の標準スクエアエンドミル、ラフイングエンドミルなどのエンドミルを用いることができ、そのエンドミルは、例えば、φ４ｍｍ〜φ１２ｍｍのスクエアエンドミルを使用することが好適である。本発明における穴あけ用工具１として用いるエンドミルにおいては、該エンドミルの下面と側面には、それぞれ刃が設けられており、該エンドミルの下面の刃で被加工物５の表面及び穴の中の最先端部を削りながら、エンドミルの側面の刃で穴の内面を削っていくのである。このエンドミルは軸心に貫通穴を有しており、貫通穴に冷却用エアーまたはオイルミストを送って刃先を冷却すると同時に切りくずの排出を援助することができる。
保持具２は、エンドミルなどの穴あけ用工具１を保持することができるものであればよく、例えば、コレットチャックが好ましい。自転軸部３の先端に取り付ける保持具２を交換することによってφ４ｍｍ〜φ１２ｍｍの広範な径を有するエンドミルなどの穴あけ用工具１を用いることができる。
自転軸部３は、図１及び図４に示すように、保持具２を固定する先端部３ａと、そこから軸方向に延びる段付き部３ｂと、第１のエアーモータ１５と、第１の減速手段１４−１の入力側に嵌合される嵌合部３ｃからなることが好ましい。自転軸部３は、複数の軸受を介して内筒２０内にその自転軸線Ｃｌ周りに回転自在に収容されている。第１のエアーモータ１５の回転数と自転軸部の段付き部３ｂ及び嵌合部３ｃとの回転数をそれぞれ調整するために、第１のエアーモータ１５と先端部３ａとの間の段付き部３ｂ、及び第１のエアーモータ１５と嵌合部３ｃとの間の軸部に、それぞれ遊星歯車減速機等の減速機やその他の変速装置を設けても良い。
偏心回転駆動機構１６は、図１及び図３に示すように、主に、自転軸部３、第１のエアーモータ１５などが収容され配置されている内筒２０と、内筒２０が一体に嵌合される外筒１９とからなる。内筒２０は、例えば、自転軸部３と軸受を収容しており、外筒１９内に挿入され嵌合されている。内筒２０の外周面は、自転軸部３と先端部３ａ方向に行くに従い外径の小さくなるテーパ状にされている。そして、外筒１９に内筒２０を嵌挿して、おねじ２０ａを偏心量調節ナット１８で締め付けることにより、内筒２０が引き出され、両テーパ面が接合した位置で外筒１９に固定される。偏心量調節ナット１８の締結を緩めて、内筒２０を外筒１９に対して回して位相をずらして固定することにより偏心量を調節することができる。図１及び図５に示すように、ここで、外筒１９の内周面（テーパ面）の中心軸Ｃ２と内筒２０の外周面（テーパ面）の中心軸Ｃ３は、それぞれ自転軸部３の軸線Ｃｌから偏心しているので、内筒２０の外筒１９に対する位相を調節することにより、第１の軸線Ｃｌ（自転の回転中心）と第２の軸線Ｃ２（公転の回転中心、外筒１９の中心線）の距離を調整することができる。
図５に示すように、本発明における穴あけ用工具１（例えば、エンドミルなど）の直径ｄと、第１の軸線Ｃｌと第２の軸線Ｃ２の距離（偏心量ｔ）の比（ｄ：ｔ）は、１０：０．１〜１０：１．５程度であればよい（図では誇張して記載してある）。
このような構成により、図１及び図５に示すように、自転軸部３を回転させることにより、穴あけ用工具１（例えば、エンドミルなど）を軸線Ｃｌ周りに高速回転させると共に、第１の減速手段１４−１の入力側を回転させ、所定の減速比でもって第１の減速手段１４−１の出力側に連結された外筒１９及びこれと一体の内筒２０を、軸線Ｃ２周りに自転軸部３とは反対方向に回転させることにより、穴あけ用工具１が自転軸部３の軸線Ｃｌ周りに本実施形態の場合右回転に高速で自転しながら外筒１９の軸線Ｃ２周りに左回転で低速で公転させ、被加工物５に穴あけ加工を施すことができる。
本発明の穴あけ用加工装置においてケーシング７の先端のフランジ部７ａには、図１及び図２に示すように、円錐ケーシング６がボルトなどで固定されており、その先端に環状のテーパロック部材４ａが取付けられている。穴あけ加工時には、テーパロック部材４ａが治具取付板４に圧入されている円筒ブッシュ４ｂに挿入された後、回転してテーパロック部材４ａのフランジ部テーパ面と、固定ボルトにより治具取付板４に固定されるテーパ面付きブッシュ４ｃのテーパ面とが、１８０°対称位置で当接することにより穴あけ用加工装置が固定される。その結果、治具取付板４には、穴あけ用加工装置に取り付けられた穴あけ用工具１（例えば、エンドミル）が、前記の円錐ケーシング６の先端部の円内部で偏心した位置に配置される。例えば、穴あけ用工具（例えば、エンドミル）の直径ｄが５ｍｍ、エンドミルの偏心量ｔが０．５ｍｍであるとすると、ＣＦＲＰ板５−１とＴｉ合金板５−２との重ね板からなる被加工物５の加工穴径Ｄ（図２参照）は６ｍｍとなるので、円錐ケーシング６の先端部穴径は６ｍｍより５〜２０％程度大きくする必要がある。
前記円錐ケーシング６には、穴あけ加工時に発生する切屑をエアー吸引によって排出するための吸引孔６ａが設けられている。
本実施形態では、第１のエアーモータ１５を内臓する内筒２０が嵌合されている偏心筒状体の外筒１９を軸方向に移動させる送り駆動機構として、図１に示すように、第２のエアーモータ２４によって駆動される送り駆動機構１３を有している。
例えば、本発明におけるこの送り駆動機構１３は、第１のスライド収納容器１７−１の後部に連結部材２５を介して設けられた第２のスライド収納容器１７−２と、ケーシング７の底部に設けられた固定ナット１２ｂと、第２のスライド収納容器１７−２に収納されている第２のタイミングプーリ２８と、その軸線と、該軸線を入力軸とする第２の減速手段１４−２〔例えば、ハーモニックドライブ（登録商標）〕と、該減速手段の出力軸とカップリング材１１（第２のスライド収納容器１７−２内に設けられている）を介して連結されるとともに、固定ナット１２ｂ（例えば、ボールナットなど）に回転自在に保持されるボールネジ１２を備え、さらに、第２のエアーモータ２４の軸に嵌合されている第１のタイミングプーリ２６とタイミングベルト２７で連結される第２のタイミングプーリ２８を出力軸に備えるとともに、連結部材２５を介して第１のスライド収納容器１７−１と同期してスライドする正逆転エアーモータである第２のエアーモータ２４を具備している。第２のエアーモータ２４の回転数とボールネジ１２との回転数をさらに調整するために、上記第２の減速手段１４−２の出力軸とボールネジ１２との間の軸部に、遊星歯車減速機等の減速機やその他の変速装置を設けても良い。なお、図４に示すように、ケーシング７には開口部３０が設けられており、図１に示す第２のスライド収納容器１７−２と第２のエアーモータ２４との連結部、切り替えレバー２１ｂ及びタイミングベルト２７は、この開口部３０を通ってケーシング７の外側に出ている。
本発明において、例えば、前記のボールネジ１２ａの外周面には、螺旋状のネジ溝が形成されており、該ボールネジ１２ａには、多数のボールを介して、固定ナットである固定ナット１２ｂ（例えば、ボールナット）が嵌合されている。該固定ナット１２ｂであるボールナットの内周面には、螺旋状のネジ溝が形成されている。そして、該固定ナット１２ｂであるボールナットには、連結溝が設けられた駒部材などを用いて周回経路が形成されており、その中をボールが循環するようになっている。
本実施形態のエアー駆動機構用のエアー配管の構成に付いて説明する。この構成により、本実施形態の穴あけ加工装置は１つのエアー供給源のみにより、電動機器を使用することなくエアー駆動のみで加工操作される。これはＣＦＲＰ積層体の切削加工を行う場合、作業操作性、防爆性、安全性などを保つ意味から望ましいことなのである。
本発明の穴あけ加工装置にエアーを供給するためには、例えば、エアー源（エアー貯蔵タンクなど）から分岐した流路により前記第１のエアーモータ及び前記第２のエアーモータの駆動及び制御回路を構成している。
さらに、本発明では、前述のエアー供給機構と同様に、第１のスライド収納容器の軸方向の所定位置を速度切り替えスイッチ２９により検出して、つまり、穴あけ用工具１であるエンドミルの先端の所定位置を検出して、前記第１のエアーモータ１５の回転速度、及び前記第２のエアーモータ２４の回転速度の制御による送り速度の制御を行う、回転数制御装置が設けられている。
さらに、本発明では、前記送り駆動機構の前進／後退の切り替えは、前進・停止・戻りの切り替えレバー２１ｂの位置信号により、正逆回転方向に接続された前記第２のエアーモータの回転方向を切り替えることにより行われ、前記送り駆動機構の前記前進の速度の切り替えは、前記軸方向の所定位置を前記速度切り替えスイッチ２９により検出することで行われる。
本実施形態は、送り駆動機構１３が収容されている第２のスライド収納容器１７−２を、偏心回転駆動機構１６が収容されている第１のスライド収納容器１７−１の後面に設ける構成であることが好適であるが、送り駆動機構１３と連結部材２５を、偏心回転駆動機構１６を収容している第１のスライド収納容器１７−１の側面側に設けることで、偏心回転駆動機構１６を収容する第１のスライド収納容器１７−１の側面側に送り駆動機構１３を設ける構成としてもよい。
また、第１のエアーモーター１５により駆動される偏心回転駆動機構１６、その第１のスライド収容容器１７−１、及び偏心回転駆動機構１６の駆動に係る部材をＣＮＣ制御マシニングセンターあるいはボール盤の主軸に取り付け、前記マシニングセンターのＸ、Ｙ、Ｚ方向の送り機構と組合わせる構成としてもよい。
以下に、本実施形態の穴あけ加工装置の操作方法の概略について説明する。
本発明の穴あけ加工装置は、例えば、最初に、ストッパー２１ａの近傍に設けられた前述の送り前進・停止・戻りの切り替えレバー２１ｂを前進側に倒して前進運動を始動すると、工具は高速回転、高速送りでＣＦＲＰ積層体５−１にスパイラル穴あけ加工を行いながら前進する。次いで、Ｔｉ合金板５−２の直前の位置にセットされた速度切り替えスイッチ２９が作動すると、速度調節用チェック弁が作動して、回転用、送り用のエアーモータに供給するエアーを調節して工具の回転速度及び送り速度を調整してＴｉ合金に適する切削条件でＴｉ合金板に穴あけ加工を行い、Ｔｉ合金板の穴あけ加工を終了した後、切り替えレバーが停止位置に戻り送り運動が停止する。
最後に、前述の切り替えレバーを戻り側に倒すと、工具は前進工程の最初と同じ時計回り高速自転・反時計回り低速公転運動により、Ｔｉ合金板とＣＦＲＰ積層体のゼロカット（仕上げ加工）を行いながら高速送りで始動位置まで戻り、切り替えレバーが停止位置に戻って送り運動が停止し、一つの穴の穴あけ加工工程が終了する。
以下に、木発明の穴あけ加工装置の操作方法についてさらに詳しく説明する。
本発明の穴あけ加工装置における偏心回転駆動機構１６の導入ラインへ導入開口部７ｂから送り込まれた圧縮エアーは、第１のエアーモータ１５を回転させた後、前記の偏心回転駆動機構１６の排出開口部７ｃから排出される。このとき、自転軸部３は上方から見て右回転に回転し、内筒２０及び外筒１９は一体となって左回転を行う。この結果、穴あけ用工具１であるエンドミルはＣＦＲＰ板５−１の穴あけ加工用に調整された所定の回転速度で右回転に高速自転しながら左回転に低速公転して穴あけ加工の操作が行われる。
前述の穴あけ加工において、前述の操作と同時に、送り駆動機構１３の第２のエアーモータ２４の吸気孔にも圧縮エアーが送り込まれ、送り駆動機構はＣＦＲＰなどの繊維強化樹脂、或いはその積層体（たとえば、ＣＦＲＰ板５−１）における穴あけ加工用の所定の送り速度で前進し、次いで、刃先が次の材料であるＴｉ合金板５−２に到達する直前に速度切り替えスイッチ２９が作動して回転数調整信号が送られ、そうすると、回転速度及び送り速度を切り替えてそれぞれ所定の速度に調整させ、Ｔｉ合金板５−２の穴あけ加工の切削条件とする。
前述の回転速度及び送り速度でＴｉ合金板５−２の穴あけ加工を終えると、ストッパーの接触信号により穴あけ加工装置は一旦停止し、そして、エアー供給弁を戻りに切り替えることにより穴あけ用工具１であるエンドミルは前進加工時と同様に右回転の高速自転、及び左回転の低速公転を行いながら後退するが、この際、前進時とは異なる所定の高速回転速度、高速送り（後退）速度にて前進時に加工した穴の内面をゼロカットにより仕上げ加工を行う。
本発明の穴あけ加工装置によれば、極めて短い周期での断続的な切削加工が行われていることにより、切削箇所の温度上昇を抑制できるため、ＣＦＲＰ積層体、ＧＦＲＰ積層体などの繊維強化樹脂層の積層体、或いは、前記積層体（たとえば、ＣＦＲＰ板５−１）とＴｉ合金板５−２の重ね板との複合積層体（被加工物５）を、経済的かつ高精度で穴あけ加工を行うことができ、この種の加工ニーズに満足のいく穴あけ加工装置を提供できる。
また、本発明の穴あけ加工装置では、２台のエアーモータをそれぞれ用いて、偏心回転駆動機構と送り駆動機構とを作動させて、偏心回転駆動と送りの駆動とを別系統のエアー供給ラインで行うことができるために、被加工物の穴あけ加工において、偏心回転駆動と送り駆動とを別々に操作できると共に、回転速度と送り速度の組み合わせをより自由に容易に調整し、設定することができ、複合材料や難削材の加工に関してさらに有利となる。
そして、本実施形態においては、穴あけ加工装置における偏心回転駆動機構の前進、後退時の穴あけ用工具の回転方向を同一方向に保つことができ、ゼロカットによる仕上げ加工を効率よく行うことが可能になる。
また、本実施形態では、加工面の過度の発熱を防止することにより、穴あけ用工具の寿命を延長させることができる。
以下に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１に示す第１のエアーモータ及び第２のエアーモータを図６に示すように第１の電動機３１及び第２の電動機３２に置換えて電動機駆動の穴あけ加工装置とし、両電動機をそれぞれの電子制御装置により回転数制御する構成にすると、エアーモータ駆動の場合と比較して穴あけ加工装置の穴あけ加工性能を一層向上できる。
図６に示すように、第１の電動機３１には電源コード３４が、第２の電動機３２には電源コード３６が、それぞれ接続されている。電源コード３４は第１のスライド収納容器１７−１を貫通しており、スライド収納容器１７−１の内面に設けられたブラシ３３ａにより外筒１９を貫通して設けられた電源コード３４ａに給電し、さらに、外筒１９の内面に設けられたブラシ３３ｂ（ブラシと同様の機能を有するものでもよい。）により第１の電動機３１に供給される。さらに、第１の電動機３１の電源スイッチ３５がスライド収納容器１７−１の電源コード３４設置位置の近傍に取り付けられている。電動機としてサーボモーターを使用している場合には、モータ回転子に直結しているレゾルバまたはエンコーダと位相信号センサ用の電源コードおよび信号コードを、ブラシ３３ａおよびブラシ３３ｂと同様の方法で設置することができる。
また、固定ナット１２ｂの端には力検出センサ３７が組込まれており、力検出センサ３７の電気信号により第１の電動機３１及び第２の電動機３２の回転数を自動的に制御する。例えば、ＣＦＲＰ積層体よりＴｉ合金の方が加工時のスラスト力が５〜６倍大きい力検出センサの電気信号を両電動機の電子制御装置に取り込んで、被削材料に適する加工条件に自動的に切替えて穴あけ加工を行うことが可能となり、異種材料の重ね板の穴あけ加工を能率的に行うことができる。穴あけ加工貫通後は、力検出センサの電気信号がゼロになったことを感知して第１の電動機および第２の電動機が早戻りモードに切り換わり、スタート位置に戻って停止することができる。
電動機駆動の穴あけ加工装置を、５自由度以上の自由度を有する不図示の多関節型ロボットハンドに剛性高く固定して位置決めすることにより、図２に示す治具取付具や円錐ケーシング６を用いることなく、曲面形状難削材に穴あけ加工を行うことができる。
電動機駆動の穴あけ加工装置を、上記多関節型ロボットハンドに固定して穴あけ加工する際、加工部を伸縮可能な蛇腹状ベローズ（不図示）で覆い、該ベローズに設けた吸引孔を経由して切りくずの全てを吸引回収できる。
また、第１の電動機３１により駆動される偏心回転駆動機構１６、その第１のスライド収容容器１７−１、及び偏心回転駆動機構１６の駆動に係る部材をＣＮＣ制御マシニングセンターあるいはボール盤の主軸に取り付け、マシニングセンターのＸ、Ｙ、Ｚ方向の送り機構と組合わせる構成としてもよい。
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
本発明に係る穴あけ加工装置は、穴あけ用工具としてエンドミルなどを用いて被加工物である繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）などに穴あけ加工を施す穴あけ加工装置に適用できる。
また、本発明の穴あけ加工装置においては、切削箇所の温度上昇が抑制できるので、高熱の加工に比較的強く、高温下で比較的変質しない耐熱性樹脂（例えば耐熱性エポキシ系樹脂、耐熱性熱硬化型樹脂）、繊維強化樹脂、その積層体、更に、それらの積層体と難削金属（チタン系合金、インコネル系合金）との複合材料における穴あけ加工に対しても良好な結果が期待できる。
【符号の説明】
【０００７】
１………穴あけ用工具
２……‥保持具
３………自転軸部
３ａ……先端部
３ｂ……段付き部
３ｃ……嵌合部
４………治具取付板
４ａ……テーパロック部材
４ｂ……円筒ブッシュ
４ｃ……テーパ面付きブッシュ
４ｄ……固定ボルト
５………被加工物
５−１…ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）板
５−２…Ｔｉ合金板
６………円錐ケーシング
６ａ……吸引孔
７………ケーシング
７ａ……フランジ部
７ｂ……導入開口部
７ｃ……排出開口部
１１……‥カップリング
１２ａ……ボールネジ
１２ｂ……固定ナット
１３………送り駆動機構
１４−１…第１の減速手段（ハーモニックドライブ（登録商標））
１４−２…第２の減速手段（ハーモニックドライブ（登録商標））
１５………第１のエアーモータ
１６………偏心回転駆動機構
１７−１…第１のスライド収納容器
１７−２…第２のスライド収納容器
１７ａ、１９ａ、２０ｂ……溝（導入用）
１７ｃ、１９ｃ、２０ｄ……溝（排出用）
１７ｂ、１９ｂ、２０ｃ……導入ノズル
１７ｄ、１９ｄ、２０ｅ……排出ノズル
１８………偏心量調節ナット
１９………外筒（又は偏心筒状体）
２０………内筒（又は筒状体）
２０ａ……おねじ
２１ａ………ストッパー
２１ｂ………切り替えレバー
２２………スライドガイド
２２ａ……スライダ
２２ｂ……ガイドレール
２４………第２のエアーモータ
２５………連結部材
２６………第１のタイミングプーリ
２７………タイミングベルト
２８………第２のタイミングプーリ
２９………速度切り替えスイッチ
３０………開口部
３１………第１の電動機
３２………第２の電動機
３３ａ、３３ｂ………ブラシ
３４、３４ａ………電源コード
３５………電源スイッチ
３６………電源コード
３７………力検出センサ
Ｃｌ、Ｃｌ′………第１の軸線
Ｃ２………第２の軸線
Ｃ３………内筒の中心線
ｄ…………穴あけ用工具の直径
Ｄ…………加工孔径
ｅｌ、ｅ２………偏心量
ｔ…………穴あけ用工具の偏心量
θ…………位相角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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